面试题：Rust线程停放：复杂场景与同步

Question

在一个多线程的Rust程序中，有多个线程需要协同工作，其中部分线程可能需要根据特定条件进行停放和唤醒。假设存在共享资源，如何通过Rust的线程停放机制结合同步原语（如`Mutex`或`RwLock`）来确保线程安全，并高效地实现线程间的协作，避免死锁？请给出具体的代码示例及解释。

Answer 1

use std::sync::{Arc, Condvar, Mutex};
use std::thread;

fn main() {
    let shared_data = Arc::new((Mutex::new(false), Condvar::new()));
    let shared_data_clone = shared_data.clone();

    // 线程1，用于检查条件并唤醒线程2
    let thread1 = thread::spawn(move || {
        let (lock, cvar) = &*shared_data_clone;
        let mut data = lock.lock().unwrap();
        *data = true;
        println!("线程1设置条件为true");
        // 唤醒所有等待的线程
        cvar.notify_all();
    });

    // 线程2，等待条件满足
    let thread2 = thread::spawn(move || {
        let (lock, cvar) = &*shared_data;
        let mut data = lock.lock().unwrap();
        while!*data {
            println!("线程2等待条件...");
            data = cvar.wait(data).unwrap();
        }
        println!("线程2条件满足，继续执行");
    });

    thread1.join().unwrap();
    thread2.join().unwrap();
}

代码解释

1. 同步原语定义：
   • Arc（原子引用计数）用于在多个线程间共享数据。这里共享的是一个元组，包含一个Mutex和一个Condvar。
   • Mutex（互斥锁）用于保护共享数据，确保同一时间只有一个线程可以访问。
   • Condvar（条件变量）用于线程的停放和唤醒。
2. 线程1：
   • 获取Mutex的锁，并将共享数据设置为true。
   • 调用Condvar的notify_all方法，唤醒所有等待在这个条件变量上的线程。
3. 线程2：
   • 获取Mutex的锁，并通过while循环检查共享数据。
   • 如果共享数据为false，则调用Condvar的wait方法，释放Mutex锁并停放线程。当被唤醒时，wait方法重新获取Mutex锁并返回。
4. 主函数：
   • 创建并启动两个线程thread1和thread2。
   • 调用join方法等待两个线程执行完毕，确保主线程不会提前退出。

避免死锁的措施

1. 合理的锁获取顺序：在这个示例中，两个线程获取锁的顺序是一致的，都是先获取Mutex锁。如果多个线程需要获取多个锁，确保所有线程以相同的顺序获取锁，可以避免死锁。
2. 条件变量的正确使用：Condvar的wait方法在等待时会释放Mutex锁，避免了等待过程中一直持有锁导致其他线程无法获取锁的情况，从而防止死锁。同时，notify_all方法确保等待的线程能够被唤醒，继续执行。